閃光的未必都是金子！仔細(xì)閱讀相關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè)數(shù)據(jù)，正確選擇部件
作者：Tejaswini Anand ADI 產(chǎn)品應(yīng)用工程師
應(yīng)用工程師經(jīng)常會(huì)重復(fù)回答不同客戶提出的相同問題，尤其是客戶針對(duì)應(yīng)用進(jìn)行器件選型相關(guān)咨詢時(shí)。我們注意到客戶進(jìn)行器件選型時(shí)有一個(gè)誤區(qū)，他們往往過于依賴數(shù)據(jù)手冊(cè)中的所謂“數(shù)據(jù)表”。我是說令人心動(dòng)的規(guī)格。“哇！那個(gè)ADC的信噪比好高！”這就是客戶面對(duì)高信噪比ADC時(shí)的反應(yīng)，他只注意到這個(gè)比較突出的特性，卻忘記考慮其他重要的數(shù)據(jù)規(guī)格。接下來我們還會(huì)談到其他常見的問題，以及如何為您的應(yīng)用選擇合適的器件。
我最近遇到一個(gè)客戶案例，他需要一個(gè)適合地震和振動(dòng)相關(guān)應(yīng)用的ADC。他知道自己需要一個(gè)具有高信噪比(SNR)和良好總諧波失真(THD)的ADC，并且認(rèn)為信噪比高于110 dB就可以。由于振動(dòng)傳感器會(huì)輸出不斷變化的交流電壓信號(hào)并疊加于直流電壓信號(hào)上，因此我們需要一個(gè)高性能、高分辨率ADC，它必須具有高信噪比才能正確獲取數(shù)字信號(hào)，而不會(huì)受到振動(dòng)相關(guān)應(yīng)用中噪音的太大影響�？蛻粼谶x擇器件時(shí)，通常是在第三方網(wǎng)站根據(jù)需求進(jìn)行參數(shù)搜索來篩選出一些器件，然后只查看每個(gè)產(chǎn)品的主頁(yè)及其產(chǎn)品說明，隨之就會(huì)被數(shù)據(jù)手冊(cè)中描述產(chǎn)品亮點(diǎn)的第一頁(yè)所吸引。通常，數(shù)據(jù)手冊(cè)的內(nèi)容要復(fù)雜得多，除了首頁(yè)亮點(diǎn)之外，還需要進(jìn)行深入的研究。這位客戶也看了ADI的一款精密ADC AD7768 的首頁(yè)，發(fā)現(xiàn)它的信噪比只有108 dB（動(dòng)態(tài)范圍和信噪比都反映了有效值噪聲，由于它們成正比，幾乎可以同等對(duì)待）。
圖 1.ADI 的一款精密 ADC （ AD7768/AD7768-4 ） 數(shù)據(jù)手冊(cè)的首頁(yè)。
這位客戶的反應(yīng)是，“哦！這款A(yù)DC絕對(duì)不適合我的應(yīng)用。它的信噪比只有108 dB！”繼續(xù)往下滾動(dòng)，他發(fā)現(xiàn)另一個(gè)表格，如圖2所示，其中顯示了兩個(gè)不同濾波器的信噪比。
圖 2.AD7768/AD778-4 的技術(shù)規(guī)格表
他總結(jié)道：“好吧...我可以使用sinc5濾波器來得到111 dB信噪比。但我最近從另一家公司看到了另一款產(chǎn)品，它的信噪比高于115 dB，我應(yīng)該選擇后者。”
等一下！這樣比較是錯(cuò)誤的。在確定ADC運(yùn)行速度的輸出數(shù)據(jù)速率(ODR)和確定分辨率以及輸出噪聲的信噪比之間存在取舍關(guān)系。1 ODR越高，信噪比越小，反之亦然。因此，每個(gè)ODR對(duì)應(yīng)于一個(gè)信噪比值。首先一定要確定所需的輸出速率，然后根據(jù)相應(yīng)的信噪比值比較ADC。這位客戶將一個(gè)在256 kSPS下信噪比為108 dB的器件和ODR僅為1 kSPS時(shí)信噪比超過115 dB的另一個(gè)器件進(jìn)行比較。因此，雖然基于首頁(yè)數(shù)據(jù)，看起來一種產(chǎn)品比另一種產(chǎn)品的信噪比要低，后者更適合特定應(yīng)用。但是，這樣比較數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確。
從圖3中可以看到，隨著ODR增加，有效值噪聲也增加，并影響數(shù)字信號(hào)值，從而降低其信噪比。圖4顯示AD7768數(shù)據(jù)手冊(cè)中的一個(gè)屏幕截圖，可以看到，寬帶和sinc5濾波器配置在1 kSPS ODR下的信噪比分別是123.88 dB和126.89 dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在該ODR下競(jìng)爭(zhēng)器件的信噪比。
圖 3. 輸出數(shù)據(jù)速率與有效值噪聲
圖 4.AD7768/AD7768-4 的噪聲性能和 ODR 。
選擇器件之前必須謹(jǐn)記以下幾點(diǎn)：
務(wù)必選擇適用于工作條件的相關(guān)規(guī)格。在確定哪款器件適合之前，一定要比較VREF、VDD、功耗、工作模式、工作溫度范圍和一些其他規(guī)格。信噪比值本身取決于以上所有參數(shù)，必須根據(jù)應(yīng)用要求來確定這些參數(shù)，不能僅憑數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè)來選擇信噪比值。圖5顯示在不同的VREF電壓和不同溫度下，AD7768的有效值噪聲以及信噪比值有何不同（有效值噪聲與信噪比成反比）。其他參數(shù)也有類似的不同。
圖 5.(a) 有效值噪聲與溫度， (b) 不同 VREF 值的每通道有效值噪聲。
數(shù)據(jù)手冊(cè)中不會(huì)提供所有VREF、ODR等的相關(guān)值，這意味著，我們必須從給出的信息中推斷出數(shù)據(jù)來獲得所需值。
選擇器件時(shí)務(wù)必謹(jǐn)慎。典型值與最小值和最大值不同。雖然大多數(shù)情況下可以預(yù)期達(dá)到典型值，但如果應(yīng)用對(duì)給定參數(shù)的最小值和最大值敏感，就必須考慮值的整個(gè)范圍。LTC6268 和ADA4530-1 數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè)。
圖 6.(A) LTC6268 數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè) ， (b) ADA4530-1 數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè)。
當(dāng)客戶在添加高阻抗源后需要使用放大器作為下一級(jí)時(shí)，他們大多會(huì)考慮輸入偏置電流非常低的放大器。理想情況下，沒有電流進(jìn)入運(yùn)算放大器的輸入端。但實(shí)際操作中，始終會(huì)有兩個(gè)電流IB+和IB-流入運(yùn)算放大器的輸入端。這些稱為輸入偏置電流。對(duì)于高阻抗源，應(yīng)選擇輸入偏置電流較小的放大器以避免其輸入級(jí)產(chǎn)生壓降。LTC6268和ADA4530-1以“超低偏置電流FET輸入運(yùn)算放大器”和“飛安輸入偏置電流放大器”的產(chǎn)品名在市場(chǎng)上銷售。粗略地瀏覽一下它們數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè)，如圖6所示，可以看到，在室溫下，LTC6268有3 fA，而ADA4530-1有20 fA，這可能會(huì)使客戶認(rèn)為前者更適合低輸入偏置電流需求。由于數(shù)據(jù)手冊(cè)各不相同，LTC6260的第一頁(yè)列出了典型偏置電流，而ADA4530-1數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè)并未列出典型偏置電流，而是列出了最大偏置電流。再次強(qiáng)調(diào)，典型值與最小值和最大值不同！如果應(yīng)用對(duì)這些值很敏感，則我們應(yīng)考慮最壞情況下的最小值和最大值，而不是典型值。
圖 7.(a) LTC6268 的技術(shù)規(guī)格 ， (b) ADA4530-1 的技術(shù)規(guī)格。
圖7顯示LTC6268和ADA4530-1的技術(shù)規(guī)格�？梢钥吹�，盡管兩款器件的最大輸入偏置電流額定值相同(±20 fA)，但ADA4530-1的典型值小于1 fA，比LTC6268的3 fA偏置電流好得多。但這個(gè)數(shù)字并沒有在ADA4530-1數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè)突出顯示。因此，需要仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)。盡管ADA4530-1的典型輸入偏置電流特性更好，但這些器件的其他特性可能有所不同，僅憑這個(gè)特性并不足以確定哪款器件更優(yōu)。
總之，我想強(qiáng)調(diào)這樣一個(gè)事實(shí)，一定要先確定應(yīng)用的工作條件，然后尋找適合其用途的規(guī)格。有時(shí)，數(shù)據(jù)手冊(cè)的首頁(yè)或標(biāo)題可能突出顯示某些其他規(guī)格和工作條件的特性，在這種情況下，我們必須仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)，謹(jǐn)慎地選擇適合我們需求的規(guī)格。在選擇器件之前，我們還應(yīng)確定我們產(chǎn)品的功率預(yù)算，因?yàn)榭隙苷业骄哂谐錾匦院鸵?guī)格的器件，但可能相應(yīng)的成本較高，功耗也高。
參考文獻(xiàn)
1 “第20章：模數(shù)轉(zhuǎn)換 。”ADI公司，2013年9月。
作者簡(jiǎn)介
Tejaswini Anand是ADI公司中央應(yīng)用中心(CAC)團(tuán)隊(duì)的一名產(chǎn)品應(yīng)用工程師。她對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)很感興趣，并研究ADI的各種產(chǎn)品組合及其應(yīng)用和特性。Tejaswini于2019年畢業(yè)于印度班加羅爾拉什特里亞.維德亞拉揚(yáng)工程學(xué)院(R.V. College of Engineering)，成為一名電子通信工程師。她曾參加各種國(guó)家級(jí)機(jī)器人比賽和黑客馬拉松，并在一些比賽中獲獎(jiǎng)。
All That Glitters Is Not Gold! Reading Relevant Data Sheet Data to Choose the Right Part
